[發明專利]一種渦扇發動機風扇葉片多軸加載疲勞試驗臺及方法

有效

• 申請號: 202011637346.4
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112683476B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 翟超;張振;宋文杰
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01M7/06
• 分類號: G01M7/06;G01M13/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 安麗

1.一種渦扇發動機風扇葉片多軸加載疲勞試驗臺，其特征在于，包括：試件、垂直加載裝置、水平加載裝置、擾動加載裝置、裂紋圖像檢測裝置、液壓系統、電控系統及上位機軟件；

試件，由葉片試件及渦輪盤試件組成，葉片試件有效模擬風扇葉片根部幾何及材料特性，葉片試件與渦輪盤試件構成一種燕尾榫連接結構；試件的幾何形狀和尺寸大小在設定范圍能進行調整，試件的材料組成及表面噴涂處理可依據加載試驗要求進行選擇；所述渦輪盤試件左右對稱設計，保證渦輪盤試件在進行左右拉伸加載時所受到載荷相等，渦輪盤試件的上、左及右邊加工通孔，以方便與夾具連接；

垂直加載裝置，輸出垂直方向載荷，實現對葉片試件根部的拉力加載，是由材料疲勞試驗機、上下液壓夾頭、垂直方向試件夾具組成；所述垂直方向試件夾具包括：渦輪盤試件上夾具、葉片試件夾具及轉接夾具；所述上下液壓夾頭位于同一豎直軸線上；上液壓夾頭通過渦輪盤試件夾具固定渦輪盤試件，下液壓夾頭通過葉片試件夾具連接葉片試件，通過垂直方向加載，有效模擬葉片試件受到的法向離心力；所述上下液壓夾頭為所述材料疲勞試驗機附件，所述材料疲勞試驗機還包括橫梁、立柱、機架及垂直加載液壓作動器；所述垂直加載液壓作動器安裝在機架內部，所述立柱安裝在機架的左右兩側，所述橫梁套在立柱上，并固定在一定高度；

水平加載裝置，作用為對稱輸出水平方向載荷，實現對渦輪盤試件的拉力加載，模擬發動機實際工作時渦輪盤在受載時引起的燕尾槽膨脹，水平加載裝置安裝在材料疲勞試件的機架上，高度在橫梁位置以下；

擾動加載裝置，輸出對葉片根部的擾動載荷，模擬葉片在實際工況下因氣流擾動承受的振動載荷，擾動加載裝置安裝在材料疲勞試驗機工作面上，載荷作用在葉片試件根部；

液壓系統，由一系列液壓元器件組成，提供液壓油液，為水平加載裝置的液壓加載作動器提供動力；液壓系統通過液壓管路連接到液壓作動器上，液壓系統安裝在水平地面上；

所述電控系統，通過信號線路與液壓系統及擾動加載系統連接，為各個加載系統提供所需類型的電源輸出接口，并控制液壓系統及擾動加載系統的各個功能的工作，電控系統可以采集應變片上的電路信號，并進行一定的信號處理；電控系統安裝在電控柜里，電控柜安裝在水平地面上；

裂紋圖像檢測裝置，安裝在CCD相機支架上，由照明光源打在試件表面，疲勞加載中，CCD相機對試件進行連續拍照，并將照片傳送給上位機軟件；

所述上位機軟件，用于設置試驗加載各個參數，并控制電控系統實現對各個加載裝置的控制；同時控制CCD相機對試件進行拍照，并進行裂紋圖像檢測，計算出疲勞裂紋尖端位移、應變場測量給出分析結果。

2.根據權利要求1所述的渦扇發動機風扇葉片多軸加載疲勞試驗臺，其特征在于：水平加載裝置，由液壓加載作動器、加載夾頭、渦輪盤試件水平夾具、水平加載平臺組成；所述水平加載平臺通過與材料疲勞試驗機的左右立柱連接而固定在一定高度上，所述液壓加載作動器安裝在所述的水平加載平臺上，且左右對稱分布在垂直加載裝置兩側，兩個液壓加載作動器分別通過水平加載夾頭連接渦輪盤試件上夾具，渦輪盤試件上夾具另一端通過銷軸渦輪盤試件相連接，通過在試件上貼應變片，實現對水平輸出載荷的檢測。

3.根據權利要求2所述的渦扇發動機風扇葉片多軸加載疲勞試驗臺，其特征在于：所述水平加載平臺包括：底板、固定法蘭、拉桿、底板支撐套筒架；所述底板支撐套筒架分別與左右立柱套合，套筒底面與所述材料疲勞試驗機工作面貼緊，套筒上面焊接有固定板，固定板上加工有螺紋孔，所述底板與固定板相連，底板固定在距離材料疲勞試驗機工作面一定高度的空間位置上；所述兩個固定法蘭分左右分別通過固定在底板，所述液壓加載作動器安裝于法蘭上，在固定法蘭上加工有兩個沉孔，所述拉桿分別將左右的固定法蘭相連。

4.根據權利要求1所述的渦扇發動機風扇葉片多軸加載疲勞試驗臺，其特征在于：所述擾動加載裝置由擾動加載平臺，電動推桿，擾動加載框組成；擾動加載平臺安裝在材料疲勞試驗機工作面上，擾動加載平臺的幾何中心與垂直加載裝置在一條中心線上，電動推桿對稱安裝在擾動加載平臺的兩側上，擾動加載框從葉片根部穿過，電動推桿的末端與擾動加載框連接，在擾動加載框上加工有螺紋孔，通過旋入螺釘將擾動加載框固定在葉片根部的一定位置上，電動推桿通過絲桿的往復運動帶動加載框微動，實現對葉片試件的擾動加載。